由于具有高硬、難熔、耐磨、耐腐蝕、高導電性、良好(hǎo)半導體及生物兼容性等優異綜合物理化學(xué)性質，以氮化钛（TiN）爲代表的過(guò)渡金屬氮化物在極端環境塗層、半導體芯片、生物醫療、納米光子學(xué)、超導量子計算等領域的很多方面(miàn)具有不可替代性。同時，過(guò)渡金屬氮化物也展現出了許多新奇的量子現象，如超導-絕緣轉變、超絕緣态以及超導赝能(néng)隙等。然而，與被(bèi)廣泛研究的過(guò)渡金屬氧化物和過(guò)渡金屬硫化物相比，由于缺乏高質量單晶材料，對(duì)過(guò)渡金屬氮化物電子結構（如能(néng)帶結構）的研究還(hái)相對(duì)缺乏，阻礙了對(duì)該類材料體系本征物理化學(xué)性質的理解。

針對(duì)此問題，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所原子尺度與微納制造實驗室量子功能(néng)材料團隊和甬江實驗室、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、中國(guó)科技大學(xué)國(guó)家同步輻射實驗室以及上海同步輻射光源的研究團隊聯合攻關，在前期的研究基礎上（ Phys. Rev. Mater. 5, 075201 (2021); ACS Photonics 8, 847 (2021); ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 60182 (2021); Nano Letters 23, 3879 (2023) ），基于自主研制的原子級精度磁控濺射設備，實現了樣(yàng)品表面(miàn)的原子級精度制備，克服了“非原位”樣(yàng)品難以測量電子能(néng)帶結構的領域難題，最終實現了對(duì)氮化钛單晶薄膜電子結構及電子關聯性質的高分辨測量（如圖），從實驗上指出超導TiN可能(néng)是一種(zhǒng)強關聯電子材料（庫倫相互作用U ~ 6-8 eV）。該研究工作表明生長(cháng)具有原子級精度表面(miàn)的TiN單晶薄膜是可行的，并且該材料具有極其穩固（robust）的電子結構，這(zhè)對(duì)下一步研發(fā)高性能(néng)超導量子芯片奠定了材料和物理基礎。

相關成(chéng)果以“Momentum-Resolved Electronic Structures and Strong Electronic Correlations in Graphene-like Nitride Superconductors”爲題發(fā)表在Nano Letters期刊上（原文鏈接https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01704）。甯波材料所博士後(hòu)畢佳暢、課題研究生林宇爲該論文的共同第一作者，甯波材料所曹彥偉研究員和甬江實驗室肖紹鑄副研究員爲該論文的共同通訊作者。主要合作者還(hái)有甯波材料所陳國(guó)新高級工程師、張如意副研究員、姚雄項目研究員，物理研究所張慶華副研究員，中國(guó)科技大學(xué)國(guó)家同步輻射實驗室劉站峰博士、孫喆教授，上海同步輻射光源張子蘊博士研究生、孫元鶴助理研究員、劉海崗副研究員、黃耀波研究員。

該工作得到了國(guó)家基金委、中國(guó)科學(xué)院、科技部、浙江省和甯波市基金項目的資助。

TiN單晶薄膜的晶體和電子結構

（原子尺度與微納制造實驗室   畢佳暢）